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華科大劉國(guó)輝教授團(tuán)隊(duì) ACS Nano：導(dǎo)電水凝膠激發(fā)中性粒細(xì)胞胞外捕獲器對(duì)抗傷口細(xì)菌感染

2025-03-07 來(lái)源：高分子科技

目前，治療感染性傷口是臨床醫(yī)學(xué)的一大挑戰(zhàn)。嚴(yán)重感染的傷口不僅會(huì)延遲傷口愈合，嚴(yán)重影響患者健康，還可能導(dǎo)致傷口化膿、紅腫、劇痛，甚至引起全身癥狀和敗血癥，增加截肢風(fēng)險(xiǎn)。隨著抗生素耐藥性的增加，此類傷口的治療難度也在不斷增加。水凝膠是一種具有三維分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的生物醫(yī)學(xué)聚合物，它能提供與 ECM 相似的濕潤(rùn)環(huán)境，在藥物輸送、植入和組織工程方面有多種應(yīng)用。因此，使用水凝膠模擬組織的 ECM 并創(chuàng)造導(dǎo)電的局部微環(huán)境，可以為難治性傷口提供一種新的治療策略。

近期，華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院劉國(guó)輝教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新型導(dǎo)電水凝膠 EF@S-HGM，用于治療感染傷口。其主要成分包括 Ac-β-CD、明膠、單壁碳納米管（SWCNT）、N-甲酰基-Met-Leu-Phe（FMLP）和內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)補(bǔ)充劑（ECGS）。這種水凝膠具有導(dǎo)電性，可利用生物微電場(chǎng)加速傷口愈合。通過(guò)釋放趨化因子 FMLP，該水凝膠能有效招募中性粒細(xì)胞并增強(qiáng) NETosis，從而對(duì)抗微生物病原體。同時(shí)，水凝膠還能促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖和血管生成，改善感染傷口的愈合。此外，團(tuán)隊(duì)還驗(yàn)證了 EF@S-HGM 水凝膠優(yōu)異的生物相容性和抑菌能力。團(tuán)隊(duì)探索了 EF@S-HGM 水凝膠如何誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞-激活 GR 衰老通路以促進(jìn)中性粒細(xì)胞凋亡。EF@S-HGM 水凝膠易于原位注射給藥，具有優(yōu)異的機(jī)械性能，這也為今后的臨床應(yīng)用提供了便利（圖1）。

該工作以“Conductive Hydrogel Inspires Neutrophil Extracellular Traps to Combat Bacterial Infections in Wounds”為題發(fā)表在《ACS Nano》上（DOI: 10.1021/acsnano.4c14487）。文章第一作者是華中科技大學(xué)歐陽(yáng)理直博士，共同通訊作者為劉國(guó)輝教授、米博斌教授、孫云主任和劉夢(mèng)飛醫(yī)生。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委的支持。

圖1. EF@S-HGM 水凝膠的制備及其促進(jìn)感染傷口愈合的機(jī)制。

本研究的核心創(chuàng)新點(diǎn)之一在于巧妙利用傷口的天然電場(chǎng)環(huán)境。通過(guò)SWCNT的導(dǎo)電特性，水凝膠將內(nèi)源性電場(chǎng)轉(zhuǎn)化為定向細(xì)胞遷移的驅(qū)動(dòng)力，突破了傳統(tǒng)材料導(dǎo)電性不足的局限。這種“生物電協(xié)同”策略不僅加速了細(xì)胞募集，還通過(guò)微電流刺激激活了多種修復(fù)相關(guān)信號(hào)通路，為組織再生提供了動(dòng)態(tài)微環(huán)境（圖2）。

圖2. EF@S-HGM 水凝膠可誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞遷移并形成 NET。

另一亮點(diǎn)在于揭示了EF@S-HGM調(diào)控中性粒細(xì)胞功能的新機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，該水凝膠通過(guò)激活糖皮質(zhì)激素受體（GR）衰老途徑，誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞衰老并增強(qiáng)NETosis。衰老的中性粒細(xì)胞高表達(dá)CXCR4并低表達(dá)CD62L，產(chǎn)生更多活性氧（ROS），從而顯著提升抗菌能力。這一發(fā)現(xiàn)為免疫調(diào)控型材料的設(shè)計(jì)提供了全新視角，首次將電場(chǎng)刺激與GR通路調(diào)控相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)感染微環(huán)境的精準(zhǔn)干預(yù)（圖3）。

圖3. EF@S-HGM 水凝膠通過(guò) GR 衰老途徑促進(jìn) NETosis。

圖4. EF@S-HGM 水凝膠可促進(jìn)體內(nèi)感染性傷口的愈合。

這項(xiàng)研究開發(fā)的EF@S-HGM 水凝膠為感染性傷口的臨床治療提供了一種全面的策略，有望推動(dòng)導(dǎo)電生物材料在傷口護(hù)理和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

原文鏈接：

Lizhi OuYang¹, Ze Lin¹, Xi He¹, Jiaqi Sun¹, Jiewen Liao, Yuheng Liao, Xudong Xie, Weixian Hu, Ruiyin Zeng, Ranyang Tao, Mengfei Liu^*, Yun Sun^*, Bobin Mi^*, Guohui Liu^*. Conductive Hydrogel Inspires Neutrophil Extracellular Traps to Combat Bacterial Infections in Wounds. ACS Nano. 2025 Mar 3.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c14487

下載：Conductive Hydrogel Inspires Neutrophil Extracellular Traps to Combat Bacterial Infections in Wounds

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（責(zé)任編輯：xu）

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